bélyegkép|Az aktin szerkezete (középen adenozin-difoszfáttal)
Az aktin az eukarióta sejtek struktúrfehérjéje, amelynek globuláris molekulái egymáshoz kapcsolódva hosszú szálakat, aktin mikrofilamentumokat képeznek. Szinte valamennyi sejtben megtalálható (az egyetlen ismert kivétel a fonálférgek hímivarsejtje). Molekulatömege kb. 42 kilodalton, átmérője 4-7 nm.
Az aktin a sejtváz egyik alapvető komponense, valamint az izomsejtekben az összehúzódási apparátus egyik részét, a vékony filamentumokat alkotja. Egyaránt jelen lehet szabad monomerként, ez a G-aktin (globuláris); vagy a filamentumok részeként, mint F-aktin (filamentózus). Mindkettő nélkülözhetetlen olyan alapvető sejtfunkcióknál, mint a mozgás, osztódás, vezikulumok és sejtszervecskék mozgatása, a sejt alakjának és külső kapcsolódásainak fenntartása, jelátvitel, vagy az erre specializálódott sejtekben az izomösszehúzódás. Az aktin a génexpresszió ellenőrzésében is fontos szerepet játszik. Gerincesekben az aktinnak három változata (izoformja) ismert: az alfa, a béta és a gamma. Az alfa-aktin az izomösszehúzódást végzi, a béta és a gamma közösen látja el sejtváz funkcióit.
Az aktin biztosította mozgásképesség teszi lehetővé a sejtek számára, hogy gyorsan reagáljon a környezet ingereire, hogy a szomszédos sejtekkel kapcsolódva szöveteket hozzon létre, endocitózissal táplálkozzon vagy kórokozókat semlegesítsen. Szintén a sejtmotilitás eredményezi az embrióban a szervek kialakulását, a sebgyógyulást, másrészt viszont a tumorsejtek gyors terjedési képességét is. Aktinhoz hasonló fehérjék a baktériumokban is megtalálhatóak.
Az aktin vagy a hozzá kapcsolódó fehérjék génjeinek mutációi súlyos örökletes betegségeket okozhatnak, mint az izmok rendellenességei, a szívfejlődés zavarai, vagy eredményezhetnek süketséget is. A citoszkeleton felépítése befolyásolhatja a vírusok és az intracelluláris parazita baktériumok fertőzőképességét is.
Felfedezése bélyegkép|Straub F. Brunó Az aktint először a brit W. D. Halliburton figyelte meg 1887-ben izomból készített preparátumban, amit miozin-fermentnek nevezett el, de az anyagot nem elemezte. A tényleges felfedezésre Szent-Györgyi Albert szegedi laboratóriumában került sor. Szent-Györgyi 1939-ben kezdett az izomműködés biokémiai mechanizmusát célzó kísérleteibe, amikor még csak a miozin volt ismert. Munkatársa, Banga Ilona a miozin preparálása közben véletlenül egy óra helyett egész éjszaka inkubálódni hagyta az izmot a sóoldatban és a szokásos híg folyadék helyett sűrű szirupot kapott. Ennek analízisét Szent-Györgyi tanítványa, Straub F. Brunó végezte el. Az anyaggal „aktivált” miozin megfigyelhető összehúzódásokat végzett, így azt aktinnak nevezték el. Megfigyelték, hogy az aktomiozin komplex mozgásához adenozin-trifoszfátra (ATP) is szükség van. A második világháború miatt eredményeiket nem tudták nemzetközi folyóiratokban publikálni, így a felfedezés közzétételére csak 1945-ben került sor az Acta Physiologica Scandinavica-ban. Straub 1950-ben észlelte, hogy az aktin kötött ATP-t tartalmaz, amely a mikrofilamentumokká történő polimerizálódás folyamán ADP-vé és szervetlen foszfáttá hidrolizál. Straub feltételezte, hogy a folyamatnak köze van az izomösszehúzódáshoz, bár elméletét csak 2001-ben sikerült kísérletileg alátámasztani, és csak a simaizom esetében.
Az aktin aminosavsorrendjét M. Elzinga határozta meg 1973-ban, a G-aktin háromdimenziós szerkezetére pedig 1990-ben derült fény.
Szerkezete Az aktin aminosavsorrendje a legkevésbé változékonyak közé tartozik az élővilágban, az algák és az ember aktinja között csak 20% a különbség. Strukturális szerepe mellett enzimként is működik, lassan ATP-t hidrolizál, bár a kötött ATP-re szerkezetének fenntartásához is szüksége van. Ezenkívül több protein-protein kölcsönhatást képes létrehozni, mint bármely más fehérje, így látva el sokrétű funkcióit. Az aktinhoz kötődő fehérjék példája az izomműködésben szerepet játszó miozin, vagy a filamentumokat nyalábokba szervező villin.
Az aktin az egyik leggyakoribb protein az eukarióta sejtekben, az izomsejtek teljes fehérjetömegének 20%-át teszi ki, más sejtek esetében pedig 1-5%-ot. A fehérje nem egységes, az őt kódoló gének családot alkotnak, amely a pszeudogénekkel együtt az embernél több mint 30, a növényeknél pedig több mint 60 tagból áll. Az aktinnak így némileg eltérő izoformái vannak, amelyek más funkciót látnak el: az α-aktin az összehúzódó struktúrák része, a β-aktin a mozgáshoz és endocizótishoz állábakat növesztő sejtekben található, a γ-aktin pedig a sejtek ún. stressz-szálait építi fel.
A sejtekben az aktin két formában található meg: a globuláris alakú monomer a G-aktin, a filamentumokba rendeződő pedig az F-aktin (vagyis a szálak sok G-aktin monomerből épülnek fel). A citoszkeleton mikrofilamentumait két párhuzamos F-aktinszál alkotja, amelyek kettős hélixként egymás köré csavarodnak. Minden aktinmolekula megköt egy ATP- vagy ADP-molekulát is, amelyhez egy további magnéziumion kapcsolódik.
A G-aktin Pásztázó elektronmikroszkópos felvételeken a G-aktin globulárisnak (gömbszerűnek) látszik, röntgendiffrakciós analízissel azonban kiderül, hogy középen egy hasadék választja ketté. A hasadékban található az ATP-hasító enzimhatás aktív központja (ez a szerkezet más ATP-bontó enzimekben is előfordul, mint pl. a hexokinázban vagy a fehérjék megfelelő összehajtogatódását biztosító Hsp70-ben). A funkcionális G-aktinnak vagy ATP-t vagy ADP-t kell megkötve tartania a hasadékában, bár az ATP-s változat a szabad aktinmonomerek esetében jóval gyakoribb.
thumb|300px|Nyúl harántcsíkolt izmából izolált aktin szerkezete
A szerkezeti vizsgálatokhoz általában a nyúl harántcsíkolt izmából izolált G-aktint használnak, amelyet a röntgendiffrakcióhoz kristályosítanak is. Ennek méretei 67×40×37 Å, molekulatömege . Becsült izoelektromos pontja 4,8. Nettó elektromos töltése pH 7-nél -7. Elsődleges szerkezet Ennek az aktinváltozatnak már 1973-ban meghatározták az aminosavsorrendjét. Összesen 374 aminosavból áll. N-terminusa savas jellegű és egy, az aminocsoportján acetilált aszparaginsavval kezdődik. A C-terminus viszont inkább bázikus, a lánc utolsó tagja egy fenilalanin, közvetlenül egy cisztein előtt. A peptidlánc két vége a 3D-s szerkezetben viszonylag közel található egymáshoz. Harmadlagos szerkezet
Az aktin háromdimenziós szerkezete két (a nagy és a kis) doménből és a kettő közötti hasadékból áll. A molekulamodellt általában úgy állítják be, hogy a nagy domén essen balra. A molekula mindkét felét további két-két szubdoménre osztják. A kis doménen belül elkülöníthető az I. (jobbra alul, ide tartoznak az 1–32., 70–144. és 338–374. aminosavak) és II. szubdomén (jobbra fent, 33–69. aminosav). A nagyobbik félben található a III. (balra lent, 145–180. és 270–337. aminosavak) és IV. szubdomén (balra fent, 181–269. aminosavak). Az I. és III. szubdomén kilógó végei alkotják a molekula ún. „szöges”, a II. és IV. pedig a „hegyes” végét.
Az F-aktin thumb|270px|Az aktinfilamentum modellje A sejten belüli körülmények között a G-aktin ATP hatására polimerizálódik F-aktinná. A klasszikus értelmezés szerint az aktinfilamentum szerkezetét egyaránt fel lehet fogni egyszálú, 166°-kal balra csavarodó és 27,5 Å menetemelkedésű hélixnek, vagy szintén egyszálú, de jobbra csavarodó csavarvonalnak, ahol minden aktinmonomert négy másik vesz körbe. A filamentum poláris szerkezetű, a monomerek egy irányban helyezkednek el benne. Transzmissziós elektronmikroszkópban (megfelelően preperálva) a monomerek nyílhegyekre emlékeztetnek, amelyek egyik vége a „hegyes” (vagy „-”), a másik a „szöges” („+”). Az izom aktinfilentumai tropomiozint is tartalmaznak, amelynek 40 nm-es, hosszú molekulái körbetekerednek az aktinhélixen. Pihenő állapotban a tropomiozin elfedi az aktin és a miozin kapcsolódási helyeit, így gátolja az izomösszehúzódást. A tropomiozinhoz további troponinok tapadnak.
Az aktin polimerizációja thumb|Az aktinfilamentum létrejötte ATP-t igényel
A G-aktin polimerizációjának megindításához (nukleációjához) stimuláló faktorokra van szükség. Az egyik ilyen a citoplazmában található Arp2/3 komplex, amely aktindimert utánozva indítja be a további molekulák kötődését. Meglévő szálakhoz kapcsolódva a komplex képes elindítani elágazások létrejöttét. A filamentum hosszirányú növekedését a timozin és profilin fehérjék szabályozzák. A timozin β4 a G-aktinhoz kapcsolódva akadályozza a fölösleges polimerizálódást, míg a profilin a G-aktin kötött ADP-jét ATP-re cseréli, elősegítve az újabb monomerek csatlakozását.
In vitro körülmények között a polimerizálódás több lépésből áll. Az ún. aktivációs fázisban a G-aktin két vegyértékű kationokat (Mg2+ vagy Ca2+), amely megváltoztatja a fehérje konformációját és hasonlóvá válik az F-aktinéhoz. A nukleációs fázisban az aktivált monomerekből kis, instabil dimerek vagy trimerek alakulnak. Amikor ezekből elegendően sok áll rendelkezésre, megkezdődik az elongációs fázis, a szál mindkét végéhez újabb monomerek tapadnak, de előfordul leválás is. A filamentum növekedése a „szöges” végen jóval gyorsabb, ezért azt + végként is jelzik. A monomerek kapcsolata nem kovalens. Végül egyensúlyi állapot alakul ki, amikor a leválás kiegyensúlyozza az újabb monomerek kapcsolódását és a szál hossza lényegesen nem változik.
Az aktinhoz kapcsolódott ATP valamivel a polimerizáció után hasad el (vagyis a kötés létrejöttéhez nem szükséges) és a keletkező szervetlen foszfátion egy darabig még a fehérjéhez tapadva marad.
thumb|Aktin (zöld) – profilin (kék) komplex
A már említett profilinen és timozinen kívül más fehérjék is szabályozzák at aktinfilamentumok növekedését vagy lebontását. Ilyen pl. a gelszolin és a kofilin, amelyek a szálakat elvágva és a + végeket eltakarva a depolimerizáció felé irányítják a kötések létrejöttének/felbomlásának egyensúlyát. Mások, mint a CapZ vagy a tropomodulin a végekhez kötődve (és a szálat nem eltörve) stabilizálja annak hosszát.
Egyes toxinok is az aktinon keresztül fejtik ki a hatásukat. A szivacsok termelte latrunkulin és a gombaalkaloid citokalazin-D gátolja a polimerizációt, míg a gyilkos galóca falloidinje éppen ellenkezőleg, a filamentumok lebontását akadályozza meg.
Genetikája Az aktin számos más fehérjéhez kapcsolódik, ezért szerkezete konzervatív, az evolúció során keveset változott. Génjének bázissorrendje az ember és az élesztőgomba esetében 80,2%-ban azonos, a fehérje aminosavszekvenciája pedig 95%-os hasonlóságot mutat. Az élesztőnek még csak egy aktingénje van, a fejlettebb eukariótákban azonban már a fehérje számos izoformája és az ezeket kódoló géncsaládjai ismertek. Izoelektromos pontjaik alapján az izoformákat három csoportba sorolják. Közülük az alfa változat alapvetően az izmokban, a béta és a gamma az egyéb szövetekben fordul elő. Aminosavsorrendjük nagyon hasonló, de a sejtekben nem képesek helyettesíteni egymást.
A tipikus aktingén egy 100 bázispárnyi 5'-végi át nem íródó szakaszt, egy 1200 bp-os átíródó részt és egy 200 bp-os 3’-végi át nem íródó szakaszt tartalmaz. Legtöbbjüket intronok szakítják meg, akár hat intron is egy génen belül.
A nem gömb alakú baktériumok aktinhoz hasonló génekkel (pl. MreB) rendelkeznek, amelyek terméke segít a sejt alakjának fenntartásában. A ParM gén plazmidokon található, és az általa kódolt protein szálakká polimerizálódva a sejtosztódáskor húzza szét a plazmid-DNS-t a leánysejtekbe; ennek mechanizmusa az eukarióta sejt mitózisában szerepet játszó mikrotubulusokéra emlékeztet.
Funkciói Az aktinfilamentumok a sejt citoszkeletonjának alapvető összetevői, amelyek egyrészt állványzatul szolgálnak, másrészt gyors polimerizációs/depolimerizációs ciklusukkal több létfontosságú funkciót látnak el. online a szálak hálózata mechanikus támaszt ad a sejtnek, valamint a citoplazmán belül (pl. a szignáltranszdukció számára) mozgási útvonalat biztosítanak a hálózat gyors felépülése és lebomlása lehetővé teszi a sejt mozgását az izomsejtekben támaszt adnak az összehúzódást végző miozinmolekuláknak